צורן דו-חמצני
| מסה מולרית | 60 גרם/מול |
|---|---|
| מראה | מוצק (כשהוא טהור) לבן או חסר צבע |
| מספר CAS | 14808-60-7 |
| צפיפות | 2.2 גר לסמ"ק גרם/סמ"ק |
| מסיסות | בלתי מסיס |
| טמפרטורת היתוך |
1,710 °C 1983.15 K |
| טמפרטורת רתיחה |
2,230 °C 2503.15 K |
צורן דו-חמצני – תרכובת כימית הידועה גם כסיליקה או סיליקון דיאוקסיד, היא תחמוצת של צורן (סיליקון), בכתיב הכימי SiO2. "צוֹרָנִי" (באנגלית Siliceous) הוא שם תואר שפירושו "מתייחס לסיליקה".
תכונות
- איכול: באמצעות חומצה הידרופלואורית בלבד
- מקדם דיאלקטרי יחסי: 3.9
- פער אסור: 8.9 אלקטרון וולט
- אפיניות אלקטרונית: 1.3 אלקטרון וולט[1]
- מבנה בסיסי: טטרהדרון
- מבנה הגביש: משתנה
- תרכובות קשורות: חומצה צוֹרנית
בטבע
סיליקה מצויה בטבע בכמה צורות, כולל קוורץ ואופאל. למעשה קיימות 17 צורות גביש שונות לסיליקה (ראו המינוח של סיליקה באתר Mineralogical Society of America). הסיליקה הוא הרכיב הנפוץ ביותר של חול באתרים שבתוך היבשה ובחופים (למעט האזורים הטרופיים), בעיקר בתצורת קוורץ, משום שבשל הקשיות הניכרת של המינרל הוא עמיד בפני בליה. עם זאת, הרכב החול שונה ממקום למקום בהתאם למקור הסלעי של החול ולתנאים שיצרו אותו.
במקומות בהם הופעלו בעבר לחץ וחום (למשל, בעומק העולה על 70 ק"מ מפני כדור הארץ, פגיעת מטאוריט או פיצוץ אטומי) מופיע הסיליקה בתצורות הקרויות קואסיט וסטיסהוביט.
צורות חיים רבות מכילות מבני סיליקה (סיליקה ביוגנית) כולל:
- מיקרואורגניזמים כדוגמת דיאטומאות (בעברית צורניות) סוג של פלנקטון ורדיולריות (בעברית קרנוניות) סוג של חד תאיים, החיים בעיקר באזורים עמוקים וקרים של הים הבונים שלד צורני מסיליקה שהם סופחים ממי הים. השלדים הצורניים של דיאטומאות הם מרכיב עיקרי בדיאטומיט - משקע שעל הקרקעית העמוקה של האוקיינוסים .
- צמחים כדוגמת השבטבט שלהם תאים צורניים המצויים באפידרמיס. אלה גורמים לשחיקת השיניים של בעלי חיים המנסים לאכול מהם ועל ידי כך הם מגינים על הצמח.
- בעלי חיים כדוגמת הספוגיים ממחלקת הזכוכנים (Hexactinellida).
שימושים
סיליקה מיוצרת בכמה צורות לרבות:
- זכוכית (תצורה טהורה חסרת צבע קרויה סיליקה מותכת)
- סיליקה אמורפית סינתטית.
- סיליקה ג'ל – סיליקה בצורת כדוריות שקופות המשמשת כחומר סופג לחות באריזות של בגדים או מוצרי עור. משמש גם ככדוריות ספיגת לחות בקופסאות נעליים.
סיליקה משמשת בייצור של מוצרים שונים:
- זכוכית סודה (באנגלית soda-lime glass) - הזכוכית הנפוצה והזולה ביותר. משמשת בכוסות, בקבוקים ושמשות.
- סיליקה יחד עם אלומינה (Al2O3) יוצרים את החלק העיקרי בסריג של הגבישים של מינרלי חרסית. בחום הם מתפרקים ויוצרים את המבנה המיקרוסקופי של קרמיקה המבוססת על חרסית כדוגמת פורצלן.
- סיליקה הוא המרכיב העיקרי בצמנט פורטלנד.
- מגן החום של מעבורת החלל בנוי מאריחי סיליקה. אריחים אלו הם אריחי קרמיקה הסופגים לתוכם חום של עד 1,500 מעלות ועם זאת המשטח החיצוני שלהם נשאר קר עד כדי כך שאפשר להחזיק אותם ביד חשופה בלי להיפגע. גם לבנים בתנורי התכת פלדה עשויות מסיליקה.
- סיליקה הוא החומר עליו מבוססים משפחת החומרים הקרויים אירוג'ל (חומר חזק וקל שרובו, בין 90% ל-98%, אוויר).
- סיליקה בשימוש כתוסף מזון בעיקר כחומר מונע התגבשות באבקות מזון, או על מנת לספוח מים.
- לציפוי התחמוצת הנוצר באופן טבעי כקרום על גבי צורן יש תועלת עצומה במיקרואלקטרוניקה. זהו מבודד מעולה, בעל יציבות כימית גבוהה, והוא מסוגל להגן על הצורן, לאחסן מטענים, לחסום זרמים, ואפילו לפעול כנתיב מבוקר על מנת לאפשר לזרמים חלשים לזרום דרך המתקן. עם זאת, קצב יצירת התחמוצת באופן טבעי בטמפרטורת החדר הוא איטי מאוד ולכן השיטה המסורתית לייצר שכבות תחמוצת אלו על גבי הצורן היא חימום של צורן בכבשנים של טמפרטורות גבוהות בסביבה עשירה בחמצן.
- סיליקה היא המרכיב העיקרי בסיבים אופטיים.
- סיליקה בצורת Silicon Dioxide Ph. Eur. 6x. משמש לתרופות הומיאופתיות על מנת לטפל בזיהומי דם, ציפורניים שבירות ושער חסר ברק. הרעיון פותח במאה ה-19 כחלק משיטת הריפוי הביוכימי שהמציא ד"ר היינריך שוסלר (1898-1821), רופא, כימאי פיזיקלי ופיזיקאי. ד"ר שוסלר הסיק כי לצורך תפקוד רגיל זקוקים התאים בגוף למינון נורמלי של 12 מלחים אנאורגניים שהצורן הדו-חמצני הוא אחד מהם. לטענות אלה אין שום אישוש ניסויי או קליני.
- סיליקה משמשת למיצוי DNA ו-RNA בשל יכולתו לקשור את חומצות הגרעין.
- סיליקה מוספת לחומרים רפואיים נוגדי קצף כדוגמה התרופה כנגד גזים סימתיקון.
השפעות בריאותיות
שאיפת אבק סילקה גבישי עלולה להוביל לסיליקוזיס (מחלת ריאות המכונה בעברית צוֹרנת) ולסרטן.
כימיה
שכבה דקה מאוד (כ-ננומטר) צורן דו-חמצני הנקראת "תחמוצת טבעית" נוצרת על פני השטח כאשר צורן נחשף לחמצן (או אוויר). טמפרטורות גבוהות וסביבות עשירות בחמצן משמשות לגידול מבוקר של שכבות של צורן דו-חמצני על פני הצורן. צורן דו-חמצני נתקף על ידי חומצה הידרופלואורית (HF). חומצה זו משמשת לסילוק או לטבוע תבניות בצורן הדו-חמצני בתעשיית המוליכים למחצה. ניתן לחזר צורן דו-חמצני לצורן על ידי פחמן
פלואור מגיב עם צורן דו-חמצני והתוצרים הם SiF4 וחמצן, החומר לא יגיב עם הלוגנים אחרים (Cl2, Br2, I2)
החומר מגיב עם חומצה הידרופלואורית בתגובה:
כך משמש HF להסרת שכבת התחמוצת מהצורן בתעשיית המיקרואלקטרוניקה וכן לאיכול זכוכית סיליקטית.
צורן דו-חמצני מגיב עם בסיס מרוכז חם או בהידרוקסידים מותכים לקבלת תוצר מסיס בתגובות דוגמת:
צורן דו-חמצני מגיב עם תחמוצות מתכת שונות ליצירת זכוכית.
מקורות
- R. K. Iler, The Chemistry of Silica. (מסת"ב 0-471-02404-X)
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
- ^ Bersch, Eric; et al. "Band offsets of ultrathin high-k oxide films with Si". Phys. Rev. B. 78: 085114. doi:10.1103/PhysRevB.78.085114.
{{cite journal}}: Explicit use of et al. in:|first=(עזרה)
35138776צורן דו-חמצני